土壤胶体课件

第二章

土壤的物质组成《土壤肥料学》

SoilandFertilzers1第二章

土壤的物质组成《土壤肥料学》

Soila第四节土壤胶体

soilcolloids

2第四节土壤胶体

soilcolloids21、概念：胶体：颗粒直径1-100nm的分散质分散到分散剂中，构成的多相系统，称为胶体。一、土壤胶体的概念及种类土壤胶体是土壤中最细小、最活跃的部分土壤胶体是土壤肥力性状赖以表现的物质基础中最精华的部分土壤胶体的组成和性质对土壤的理化性质，如土壤的吸附性、酸碱性、缓冲性以及土壤结构都有很大的影响在一般情况下，是把土壤固相颗粒作为分散质，而把土壤溶液和土壤空气看做分散剂。31、概念：一、土壤胶体的概念及种类土壤胶体是土壤中最细小、土壤无机胶体次生铝硅酸盐黏土矿物2：1型如蒙脱石1：1型如高岭石氧化物及其水合物Al、Fe、Si、Ca、Mn、Ti的氧化物及水合氧化物，常呈胶膜被覆于土粒表面土壤有机胶体主要是腐殖质及其各种组分少量的蛋白质或氨基酸

多肽，多糖类化合物土壤有机无机复合胶体：2、土壤胶体的组成和类型是土壤腐殖质和黏土矿物通过混合和吸附结合在一起，结合过程比较复杂。4土壤无机胶体次生铝硅酸盐黏土矿物2：1型如蒙脱石1：1型如高★硅氧四面体（或简称四面体）

硅氧四面体是硅酸盐矿物的最基本的结构单位，不同的连接组合方式形成不同的硅酸盐矿物。硅氧四面体形成的原因：一是硅具有正原子价，而氧具负原子价，二者可相互吸引。二是与原子大小有关，四个氧原子堆积成四面体时，其间所形成的空隙与硅原子的大小基本相似。5★硅氧四面体（或简称四面体）硅氧四面体形成的原因：5在水平方向上，四面体通过共用底部氧的方式，在两维方向上无限延伸，排列成近似蜂窝状的四面体片。6在水平方向上，四面体通过共用底部氧的方式，在两维方向上无限延★铝氧八面体（或简称八面体）铝氧八面体是由六个氧原子围绕一个铝原子构成。7★铝氧八面体（或简称八面体）铝氧八面体是由六个氧原子围绕一个88硅片和铝片以不同的方式化合，形成层状铝硅酸盐的单位晶层。由于硅片和铝片的配合比例不同，分为1：1型矿物和2：1型矿物；或分为二层矿物和三层矿物。9硅片和铝片以不同的方式化合，形成层状铝硅酸盐的单位晶层。9蒙脱石矿物结构示意图2:1型10蒙脱石矿物结构示意图2:1型10（1）无机胶体次生层状铝硅酸盐类：1∶1型的高岭石类；2∶1型的蒙脱石类及水化云母类。1∶1型的高岭石类：二层型（1：1）粘土矿物，硅酸盐层之间由氢键连接，作用力很强，间隙小，水分子或其他离子很难进入层间。单位晶胞小，形成的颗粒较大,其胶体的分散度低,胀缩性、黏性和吸收容量小，电荷数量也少。高岭石组粘土矿物是南方热带和亚热土壤中普遍而大量存在的粘土矿物，在华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少。kaolinite11（1）无机胶体次生层状铝硅酸盐类：1∶1型的高岭石类；2∶1高岭石结构示意图12高岭石结构示意图122∶1型的蒙脱石类及水化云母类：蒙脱石类属三层型（2：1）粘土矿物，硅酸盐层之间由钙离子和镁离子连接。结晶的晶胞较大,而形成的颗粒较小,其胶体分散度高,胀缩性、黏性和吸收容量都较大、电荷数量也多。（同晶代换）蒙脱石组在我国东北、华北和西北地区的土壤中分布较广。132∶1型的蒙脱石类及水化云母类：13蒙脱石矿物结构示意图2:1型14蒙脱石矿物结构示意图2:1型14蒙脱石结构示意图15蒙脱石结构示意图15分布：主要分布在干旱半干旱地区。16分布：主要分布在干旱半干旱地区。16含水氧化物类主要包括水化程度不等的铁、铝、硅的氧化物含水氧化硅：是一种非晶质的凝胶，其化学式为SiO2·nH2O含水氧化铁：褐铁矿2Fe2O3·3H2O；针铁矿Fe2O3·H2O；多水针铁矿3FeO3·4H2O；一水赤铁3Fe2O3·H2O等。含水氧化铝：水铝石Ai2O3·H2O和三水铝石Al2O3·3H2O等，也是两性胶体，其电性决定于溶液的酸碱性。17含水氧化物类17（2）土壤有机胶体指土壤中腐殖质、多糖等高分子化合物的细分散状态，具胶体特性。有机胶体主要是腐殖质。结构：高分子有机化合物，呈球形，具三维空间的网状结构。带电性：负电荷主要是由羧基和酚羟基解离的氢离子引起，与pH相关；腐殖质胶体中的NH2可接受氢离子，导致腐殖质胶体带正电荷。18（2）土壤有机胶体指土壤中腐殖质、多糖等高分子化合物的细分散（3）土壤有机无机复合胶体有机胶体与矿质胶体通过表面分子缩合、阳离子桥接及氢键等作用连结在一起的复合体，称有机无机复合胶体。因复合体具有高度的吸收性能故又称为吸收性复合体。19（3）土壤有机无机复合胶体有机胶体与矿质胶体通过表面分子缩合3、土壤胶体的微粒结构土壤胶体分散系土壤胶体微粒土壤溶液微粒核（胶核）双电层决定电位离子层（内层）补偿离子层（外层）非活性层扩散层扩散双电层

（1）决定电位离子层是吸附在胶粒核表面，决定胶粒电荷正负及大小的一层离子。（2）补偿离子层，分为两个层次。一、非活性补偿离子层。二、扩散层。微粒核（胶核）：是土壤胶体微粒的核心，由腐殖质、黏粒、蛋白质分子以及有机无机复合体的分子群所组成。203、土壤胶体的微粒结构土壤胶体分散系土壤胶体微粒土壤溶液微粒2121二.土壤胶体的基本特性（一）具有丰富的表面积和巨大的表面能。1.比表面

是一个比值，即每一单位质量或单位容积的表面积(单位质量比表面积叫质量比表面，cm2/g，单位容积比表面叫做容积比表面，cm2/m3）。土粒直径(mm)总表面积(cm2)比面(cm2/cm3)103.146131.42600.05628.3212000.0013141660000

22二.土壤胶体的基本特性（一）具有丰富的表面积和巨大的表面能。2.影响颗粒表面积的因素（1）粒径大小（2）颗粒形状：同体积颗粒表面积最大的是薄片状、最小的是球体（3）矿物类型表面能：由于表面分子的四周不都是相同的分子，受到的力不均衡，使表面分子对外表现有剩余能量，这种能量是由于表面的存在而产生，所以叫做表面能。土壤胶体的表面能与表面积呈正相关232.影响颗粒表面积的因素（1）粒径大小表面能：由于表面分子的土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2/g)胶体成分内表面外表面总表面蒙脱石蛭石水云母高岭石埃洛石水化埃洛石水铝英石腐殖质700~750400~7500~500400130~140-15~1501~590~1504~4010~4525~30130~140-700~850400~80090~1505~4010~45430260~800800~900不同土壤矿物组成不同，比表面积也不同。一般土壤中有机质含量高，2:1型粘粒矿物多，则比表面积较大，如黑土。反之，如果有机质含量低，1:1型粘粒矿物较多，则其表面积就较小，如红壤、砖红壤。24土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2/g)胶体成分内表面外表面（二）土壤胶体的带电性

土壤胶体带电性是其主要的特性。永久电荷，主要2:1型黏土矿物产生可变电荷，主要1:1型黏土矿物产生土壤胶体的电荷1.永久电荷：不受土壤溶液pH值变化而影响的电荷类型称为永久电荷，也叫恒电荷或结构电荷。

同晶替代是产生永久电荷的原因。25（二）土壤胶体的带电性永久电荷，主要2:1型黏土矿物产生土壤同晶替代：是指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子所替代而晶格构造保持不变的现象。铝＋4＋3在粘土矿物晶格的形成过程中，部分晶格中的中央离子，被其它价数的阳离子取代。如四面体中央的Si4+被Al3+代替，八面体中央的Al3+被Mg2+代替，就产生了剩余的负电荷。所产生的负电荷位于硅酸盐层的晶格中，不受外界溶液的影响，称为永久电荷或层电荷。26同晶替代：是指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子所2.可变电荷：是由胶体表面分子或原子团解离所产生的电荷，其数量和性质随着土壤溶液pH变化而变化。

可变电荷产生原因：主要是胶体表面分子解离；其次来自矿质胶体晶格的断键。

（1）含水氧化硅分子解离（2）粘土矿物晶面上羟基解离（1:1型粘土矿物在pH<5时可以解离）（3）腐殖质分子表面解离（4）含水氧化铁铝表面解离出OH-，带正电荷（在pH<5时带正电荷）

272.可变电荷：是由胶体表面分子或原子团解离所产生的电荷，其数土壤胶体总体显负电荷，使得能够紧密结合土壤中的许多阳离子。提高保肥性。28土壤胶体总体显负电荷，使得能够紧密结合土壤中的许多阳离子。提酸碱性影响土壤胶体的带电性29酸碱性影响土壤胶体的带电性293.土壤总电荷土壤总电荷等于永久电荷与可变电荷的总和。一般土壤的pH在5~9之间，大部分土壤胶体都带负电荷。只有两性胶体和少量的同晶替代可能产生一定量正电荷。但是，整体上来看，土壤胶体以带负电荷为主。当pH<5时则可能带较多正电荷。土壤中80%以上的土壤电荷集中于粘粒上303.土壤总电荷30（三）土壤胶体存在可改变的状态―凝聚与分散1、土壤胶体有两种存在的状态：一种是胶体微粒相当充分的分散在介质中形成的一种外观颇似溶液的胶体溶液，称为溶胶。另一种是在外因作用下，胶体微粒聚合在一起形成的处于凝聚状态的胶体，称为凝胶。胶体的两种存在状态，在一定条件才可以进行某种程度的转化，即溶胶可以转变为凝胶，这一过程称为凝聚；凝胶也可以转变为溶胶，这一过程称为分散。31（三）土壤胶体存在可改变的状态―凝聚与分散31因土壤胶粒在同样的土壤环境中带有同种电荷促使胶粒互相排斥与分散状态，较少凝聚。向土壤溶液中加入电解质以中和胶粒上的电性，并减少土壤水分，可促使溶液凝聚。因土壤中的胶体一般情况下带负电的为多，所以加入阳离子有使胶体凝聚的作用。一般规律是：离子价越大，其凝聚作用越强，同价阳离子中，离子半径大的，水膜厚度小的离子凝聚作用强。土壤中常见的阳离子引起胶体凝聚作用大小的顺序为:Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+电解质的浓度也影响凝聚作用，随着浓度的加大，其凝聚作用也增强。32因土壤胶粒在同样的土壤环境中带有同种电荷促使胶粒互相排斥与

胶体凝聚有可逆的也有不可逆的。由等浓度的一价阳离子凝聚形成的凝胶，如反复用水淋洗，凝胶可再分散形成溶胶，这叫做可逆凝聚。由二价以上的阳离子凝聚形成的凝胶，很难或不能再变成溶胶的凝聚称为不可逆凝聚。土壤胶体所处的状态直接影响土壤的物理性质，进而影响土壤的肥力状况。

一些农业技术措施，如施肥、中耕、浇水、烤田等都可使土壤中的电解质发生变化，从而使胶体的状态发生改变，或局部发生改变，尤其是施用钙质肥料，有促进土壤形成不可逆凝聚的显著作用。（板结）

33胶体凝聚有可逆的也有不可逆的。由等浓度的一价土壤胶体吸收性：指土壤能吸收和保持土壤溶液中的分子、离子、悬浮颗粒、气体以及微生物的能力。（四）土壤胶体吸收性的类型及其意义机械吸收物理吸收化学吸收物理化学吸收生物吸收34土壤胶体吸收性：指土壤能吸收和保持土壤溶液中的分子、离子、悬机械吸收：是指土壤对进入其中的固体物质的机械阻留作用。（砂土、黏土等不同质地能力不同；其对养分的保存只能起部分极其有限的作用）物理吸收：指借助于土壤表面张力而吸附在土壤颗粒表面的物质分子。吸附对象主要是：有机化合物分子，如有机肥料中的尿素、氨基酸、醇类、有机碱以及农药制剂中的一些分子，气体的NH3、CO2。物理吸附的力主要是分子间的引力，其吸附力较弱，它不能对表面张力大的无机酸、无机盐类进行吸附。使根际土壤溶液浓度不一，为根系选择适宜的浓度进行吸收创造了条件。

化学吸收：指进入土壤溶液的某些成分经过化学作用,生成难溶性化合物或沉淀保存在土壤的过程，也称化学固定。在土壤中易发生化学吸收的部分主要是土壤溶液中的阴离子，如：PO43-、HPO42-、H2PO